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美科學家首次使用激光束控制心臟跳動

日期:2010-08-20 14:51:57

美國科學家首次使用激光束控制了心臟的跳動。這一發現為人類探索心臟奧秘翻開了新的一頁,也使光控心臟起搏器的問世成為可能。

  普通的心臟起搏器是通過微弱的脈沖電流刺激心肌細胞,進而調整心跳的節律。早在1967年,電信號起搏器面市不久,科學家就發現光能夠提高心臟的跳動頻率,但由于條件所限,人們還不懂得如何控制它。

  直到2008年,日本的一個研究團隊才使用一種近紅外激光束,成功地控制了一團離體心肌細胞的搏動。但到目前為止,還沒有人能夠控制整個心臟。

  但有一個人還沒死心。Michael  Jenkins是美國俄亥俄州克利夫蘭市凱斯西儲大學的一名生物醫學工程師,他閱讀了1967年的發現之后,決計將這項實驗繼續下去。他和他的同事使用激光束照射一些鵪鶉的離體活胚胎,這些胚胎只有2~3天大,其心臟體積只有2立方毫米,比一團心肌細胞大不了多少,是非常合適的實驗材料。

  奇跡出現了。Jenkins發現,胚胎的心跳跟激光的脈沖頻率同步了起來。研究者嘗試調整脈沖頻率,先從每秒2~3次開始,然后逐漸減慢,但結果依然如故,脈沖頻率變化的幅度甚至可達50%。Jenkins的研究團隊將這一結果發表在8月15日出版的《自然—光子學》雜志上。

  隨后,研究小組測試了不同能量的激光,來尋找最安全和最有效的那一束。結果表明,0.8焦耳/平方厘米的激光不會對心臟造成傷害;當能量提高到五倍時,受試的心肌細胞就被烤焦了。

  Jenkins表示,雖然需要經過長期的觀察實驗,才能確定這些心肌細胞究竟是不是真的毫發無傷,但這次的結果毫無疑問是意義重大的。“我們想知道先天性心臟病是如何形成的,也想知道心臟搏動頻率是怎樣一步步發生變化的。”Jenkins說,“我們更想使用一種無創的手段來治療心臟疾病。”

  日本大阪大學的生物物理學家Nicholas  Smith是使用激光控制心肌細胞的第一人,他表示Jenkins的研究是一項重大突破。“我非常高興看到這一進展,這是世界上首次用激光調控了整顆心臟。如果這項研究能夠深入下去,人們將會發現,激光能做的事情還有很多”。

  但要深入挖掘下去,卻不是那么簡單的事情,有一些問題還等待科學家來解答。首當其沖的就是激光究竟是如何刺激心臟工作的,盡管許多科學家猜測是因為激光影響了細胞的溫度,但這一機制還沒有得到證實;第二,目前Jenkins還無法確定他的研究結果能不能應用于體積更大的成熟心臟。

  Smith表示,如果上述問題能夠得到解決,并且能確保心臟不會受到損傷的話,激光就很有可能應用于臨床治療,比如心臟手術或者起搏器的移植。


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